Chimie physique cinétique
La chimie physique cinétique
Dr. Khamis Ahmed Abdul Razak Al-Dulaimi - Département de chimie
Ce domaine de la science est l'une des bases les plus importantes de la chimie ; il s'intéresse à l'étude de la réaction chimique en termes de taux et de mécanisme de réaction, ainsi qu'à la manière dont les atomes se réarrangent, à la formation de composés intermédiaires et à l'effet des différents facteurs sur la vitesse de réaction. Si nous considérons que la réaction chimique se produit selon la forme suivante :
Réactifs (matériaux de réaction) ← Produits (matériaux résultant de la réaction) il y a beaucoup de choses qui se produisent et qui ne se manifestent pas dans cette équation simple, comme les composés qui se forment pendant la réaction et disparaissent à nouveau (composés intermédiaires) et le temps pendant lequel ces composés existent pendant la réaction, ainsi que l'effet de ces composés formés sur la vitesse de la réaction dans son ensemble. Ces choses peuvent être prédites, par exemple, en modifiant certaines conditions de réaction telles que la température et la pression et en mesurant leur effet sur le taux de réaction, nous pouvons prédire ce qui se passe au niveau des molécules. La théorie des collisions : la théorie des collisions prédit que les réactions se produisent lorsque les molécules des matériaux réactifs entrent en collision les unes avec les autres pour se réarranger sous forme de produits, et plus il y a de collisions entre les molécules des matériaux réactifs, plus la probabilité de la réaction augmente. La théorie dit que seules certaines de ces collisions sont efficaces, et non toutes. La collision qui a l'énergie nécessaire pour réagir est celle qui produit les résultats ; cette énergie nécessaire pour qu'une collision soit efficace est appelée énergie d'activation, qui est la quantité minimale d'énergie cinétique suffisante pour rompre les liaisons dans les matériaux réactifs lors de leur collision et pour initier la réaction.
Facteurs influençant le taux de réaction : Il existe de nombreux facteurs qui peuvent influencer le taux de réaction et qui peuvent être expliqués par la théorie des collisions. Les plus importants de ces facteurs sont : la concentration, la température, la pression, le mélange et la présence de catalyseurs.
Concentration : La concentration des matériaux de réaction est l'un des facteurs les plus évidents influençant le taux de réaction. Une augmentation de la concentration des matériaux de réaction augmente le nombre de molécules dans l'espace où la réaction se produit, ce qui augmente la probabilité de collisions entre les molécules. Ainsi, la probabilité de collision entre des molécules ayant une quantité suffisante d'énergie pour réagir est plus grande, ce qui augmente le taux de réaction.
Pression : L'effet de la pression dans les réactions gazeuses est très similaire à l'effet de la concentration sur le taux de réaction. En augmentant la pression, la force avec laquelle les molécules entrent en collision les unes avec les autres pendant la réaction augmente, ce qui accroît la probabilité de collisions entre des molécules ayant l'énergie d'activation nécessaire pour réagir, augmentant ainsi le taux de réaction.
Température : Il est connu que la température est liée à l'énergie cinétique des molécules. Plus la température augmente, plus l'énergie des collisions entre les molécules augmente ; ainsi, en général, le taux de réaction augmente avec l'augmentation de la température en raison de l'élévation de l'énergie des collisions à l'énergie d'activation nécessaire pour la réaction.
Temps : Les réactions chimiques varient les unes des autres par le temps nécessaire à leur réalisation. Certaines réactions se produisent immédiatement et ne nécessitent pas beaucoup de temps pour se produire, comme l'allumage de l'essence dans les cylindres d'un moteur de voiture pour la faire fonctionner, tandis que la cuisson des aliments (qui est un ensemble de réactions) nécessite du temps pour être achevée. La couche moderne de peinture contenant de l'huile de lin sèche lentement, car le solvant s'évapore d'abord, puis la réaction progressive des résines d'huile de lin avec l'oxygène se produit. Cette réaction nécessite des semaines ou des mois pour être complétée.
Catalyseurs : Les catalyseurs sont des substances qui entrent dans la réaction puis en sortent à nouveau comme elles y sont entrées, mais leur rôle principal dans la réaction est de fournir un chemin alternatif pour la réaction avec moins d'énergie d'activation sans affecter les produits de la réaction ; nous pouvons donc voir maintenant comment les catalyseurs influencent la réaction. Lorsque l'énergie d'activation nécessaire pour que la collision se produise diminue, le nombre de collisions atteignant cette nouvelle énergie d'activation sera plus élevé, ce qui augmente le taux de réaction dans son ensemble.
Nature de la substance réactive : Les matériaux réagissent plus rapidement en solution qu'en poudre.
Surface de réaction : Dans l'état solide, plus la surface est grande, plus le nombre de collisions est élevé, ce qui signifie une augmentation de la vitesse de réaction.
Importance de la chimie cinétique : L'importance de la chimie cinétique réside dans la connaissance du taux de réaction et des matériaux intermédiaires qui se forment pendant la réaction pour finalement atteindre le produit souhaité de la réaction et comprendre les facteurs qui influencent la réaction. Cependant, l'importance de ces éléments ne réside pas seulement dans leur connaissance, mais ils nous aident également à comprendre et à déterminer de nombreuses autres choses.
Par exemple, la connaissance de ces éléments est d'une grande importance dans l'industrie, où la plupart des réactions qui se produisent sont complexes et nécessitent une attention et une bonne compréhension de leur déroulement afin d'obtenir la meilleure production et la plus haute qualité ; en connaissant le taux de réaction, on peut savoir quand la réaction se termine et quand une certaine substance peut être ajoutée à la réaction, ainsi que la température et la pression appropriées pour la réaction, et si leur changement pendant la réaction cause des dommages ou non. Tout cela est important dans l'industrie pour savoir quand une étape de la fabrication se termine et quelles sont les conditions appropriées pour chaque étape.
La connaissance de ces éléments est également importante pour améliorer les conditions de réaction et éviter les éléments qui pourraient perturber la réaction ou entraîner une erreur dans les produits. Par exemple, en connaissant les matériaux intermédiaires qui se forment pendant la réaction, on peut connaître les conditions appropriées pour leur présence, comme le choix de la solution adéquate qui correspond à ces composés et ne réagit pas avec eux. Ces éléments aident également à comprendre les processus biologiques, comme comprendre comment fonctionnent les enzymes qui agissent comme catalyseurs dans les organismes vivants.
Parmi les domaines les plus importants qui s'intéressent à la chimie cinétique, on trouve le domaine de la pharmacie et le domaine de l'emballage alimentaire. Par exemple, si nous parlons du domaine de la pharmacie, nous trouverons une grande importance à apprendre la chimie cinétique pour le stockage des médicaments et pour connaître leur efficacité dans le corps. Le fabricant de médicaments doit savoir comment le médicament se décompose, le temps nécessaire à sa décomposition et les composés qui en résultent, car ces éléments peuvent causer des dommages indésirables au consommateur du médicament. Il est également important de connaître ces éléments pour déterminer les conditions appropriées de stockage en termes de température et d'emplacement adéquats. Son importance réside également dans la connaissance de la dose appropriée pour le patient en comprenant le temps que met le médicament à se décomposer dans le corps et comment cette quantité affecte le corps du patient.